Les centrales hydroélectriques

La production d’électricité à partir de sources renouvelables et « propres » est un enjeu majeur pour nos sociétés du vingt-et-unième siècle. Les centrales hydroélectriques sont elles une réponse non polluantes pour produire de l’électricité pour, par exemple, s’éclairer ? Ou contribuent-elles au franchissement des limites planétaires liées au climat, à l’eau douce ou à la biodiversité ?

• Notre éclairage… une source de pollution !
• Les limites planétaires
• Un climat déréglé ?
• L’eau douce, une limite vitale
• La biodiversité

Les centrales hydroélectriques : une énergie renouvelable

L’hydroélectricité est la deuxième source de production électrique en France (la première étant le nucléaire -> Que penser du nucléaire ?). Si l’énergie nucléaire provient d’une énergie fissile non renouvelable, l’hydroélectricité provient d’une source d’énergie renouvelable. En effet, les centrales hydroélectriques transforment l’énergie gravitaire des lacs, des cours d’eau et des marées en électricité. Chaque installation comprend généralement un barrage qui retient une grande quantité d’eau, et l’oriente vers une usine de production. Là, l’eau met en mouvement une turbine où la conversion mouvement / électricité se produit. Les installations sont variables en taille et en flexibilité potentielle.

D’après une page ministérielle, la France métropolitaine dispose de l’un des plus grands parcs hydroélectriques d’Europe : 25,7 GW, soit un cinquième de la production électrique de la métropole.

Une énergie d’avenir ?

C’est une énergie renouvelable… mais qui est tributaire des facteurs climatiques. Une année de forte sécheresse ou une année très humide, les débits des cours d’eau ne sont pas les mêmes. Donc, selon les centrales, l’impact sur la production sera plus ou moins important. Néanmoins, qu’on l’utilise ou non, on peut penser que cette énergie sera toujours présente sur Terre dans quelques siècles. Alors que pour les énergies fossiles (gaz pétrole charbon) et fissiles (nucléaire), plus on en consomme et moins il en reste !

Un article paru en 2022 s’est intéressé à l’avenir de l’hydroélectricité…

• Risque de pénurie d’eau : Environ 26 % des barrages hydroélectriques existants et 23 % des barrages projetés se trouvent dans des bassins fluviaux qui présentent actuellement un risque moyen à très élevé de pénurie d’eau. 32 % et 20 % des barrages existants et projetés devraient présenter un risque accru d’ici 2050 en raison du changement climatique.

• Risque d’inondation : 75 % des barrages existants et 83 % des barrages projetés se trouvent dans des bassins fluviaux à risque moyen à très élevé d’inondation. La proportion de barrages hydroélectriques dans les bassins présentant les niveaux de risque d’inondation les plus élevés devrait être multipliée par près de vingt.

En outre, une grande partie des barrages hydroélectriques existants (76%) et projetés (93%) sont situés dans des bassins fluviaux à haute ou très haute importance pour la biodiversité d’eau douce.

Le barrage de Kariba

Le barrage de Kariba se trouve au Zimbabwe et fournit la moitié du pays en électricité. Cette centrale hydroélectrique alimente aussi la Zambie en électricité. C’est un des plus grands barrages du monde : hauteur 128 m, longueur 579 m. En comparaison, le barrage de Lavalette en Haute-Loire a une hauteur de 60 m, et sa longueur de crête atteint 505 m. En France, le barrage le plus puissant est le barrage de Grand’Maison en Isère, hauteur 140 m, longueur 550 m.

Mais revenons en Afrique, au Zimbabwe. Du fait du manque d’eau chronique dans le pays et du niveau très bas d’eau dans le barrage, la centrale ne peut fonctionner correctement. Résultat, on peut lire dans un article paru en décembre 2022 que les zimbabwéens peuvent être privés d’électricité pendant 19 heures par jour ! L’article précise que la pénurie d’eau n’est pas seule en cause. Il y a aussi eu un manque d’entretien, les pièces usées n’ont pu être remplacées par manque de disponibilité de pièces de rechange. Le personnel qualifié, mal rémunéré, serait de plus parti massivement.

2024. Certes il a beaucoup plu en Europe, mais pas en Afrique… 15 octobre 2024. On peut lire dans un article que le Programme alimentaire mondial craint une « catastrophe humaine à grande échelle » dans cinq pays d’Afrique australe, dont la Zambie et le Zimbabwe. Ce programme estime qu’environ 21 millions d’enfants y souffrent de malnutrition. Il s’agit de la pire crise alimentaire depuis des décennies. Quant à l’électricité… Si on ne peut irriguer les cultures, si le bétail meurt, croyez-vous que la centrale hydroélectrique soit en état de fonctionner correctement ? Non : La Zambie a par exemple été plongée dans des heures, voire des jours, de coupures de courant, car le niveau d’eau du barrage de Kariba est si bas qu’il ne peut pratiquement pas produire d’électricité.

Les centrales hydroélectriques : une énergie propre ?

La combustion des énergies fossiles dégage polluants et gaz à effet de serre.
On a vu avec les accidents de Tchernobyl et Fukushima les dégâts environnementaux du nucléaire, y compris à grande distance et dans le temps. (Dans mon article sur la toxicité des champignons, j’évoque qu’on trouve toujours des champignons contenant de fortes teneurs en éléments radioactifs en France, issu de l’accident de Tchernobyl).

On ne doit pas trouver de tels problèmes avec l’hydroélectricité : Elle fait juste tourner des turbines avec de l’eau, n’est-ce pas ? Commençons par le fabuleux canal usinier de la Durance.

Le canal usinier de la Durance

Un canal usinier

Le canal usinier de la Durance est un ensemble de canaux, barrages et usines alimentés par l’eau de la Durance depuis Serre-Ponçon jusqu’à l’Étang de Berre.

Avec ses 123 mètres de hauteur et ses 600 mètres de large, le barrage de Serre-Ponçon, dans les Hautes-Alpes, est le plus grand barrage d’Europe. Quant à son lac de retenue, 1,27 milliard de m³, c’est le plus grand lac artificiel, en volume, de France métropolitaine.

Les 19 centrales implantées dans le canal usinier qui en part, sont capables de mobiliser 2 GW en 10 minutes. La carte ci-dessous est très schématique, je n’y ai pas mis le Verdon ni les autres affluents de la Durance, les tracés sont également très schématiques. Pour une carte plus précise, je vous conseille ce site.

C’est très bien de pouvoir produire de l’électricité grâce à une source d’énergie renouvelable, non ? ça ne peut pas polluer ni atteindre la ressource en eau douce puisqu’on fait juste circuler de l’eau, sans produit chimique ni rien, n’est-ce-pas ?

Avant la construction de ce canal, la Durance était la plus importante rivière de Provence. Important affluent du Rhône, elle lui apportait des limons. Mais depuis qu’on en prélève une partie de l’eau de la Durance pour l’amener non au Rhône mais à l’étang de Berre…

L’étang de Berre, situé près de Marseille (Bouches-du-Rhône), est le deuxième plus grand « lac » salé d’Europe (155 km²). Le terme adapté est celui de lagune côtière. Découvrons ce lieu particulier où débouche le canal usinier.

Une lagune côtière

Les lagunes sont des formations peu profondes séparées de la mer par des barrières de dépôts sédimentaires. Elles représentent…

• 13 % du linéaire côtier mondial
• 5 % des côtes européennes
• 40 % des côtes non rocheuses françaises.

On dénombre une quarantaine de lagunes d’au moins 100 hectares sur le littoral méditerranéen français.

Les lagunes sont des écosystèmes très particuliers. On note en particulier une variabilité entre les apports d’eau douce par le bassin versant et les échanges avec la mer. La concentration en sel dépend des lagunes mais aussi, au sein d’une lagune, des endroits et saisons, créant autant de niches écologiques. La salinité dépend de :

• la proportion d’eau douce et d’eau salée qui arrive,
• la profondeur
• l’ampleur de l’évaporation qui augmente la concentration en sel

L’importance écologique de ces milieux est reconnue. En effet, les lagunes constituent un habitat prioritaire selon la Directive habitats, faune, flore et sont concernées par la Directive cadre sur l’eau. Plusieurs lagunes sont intégrées dans le réseau Natura 2000. Les espèces végétales et animales qui vivent dans une lagune sont des espèces très particulières, liées à une certaine salinité. Aussi toute modification de ce paramètre va-t-elle perturber l’écosystème. Ce sont également des milieux très sensibles aux phénomènes d’eutrophisation et d’anoxie dont je parle dans un autre article.

Les lagunes, des écosystèmes importants

Les lagunes côtières font partie des écosystèmes les plus productifs dans le monde. Ce sont des réservoir de biodiversité. Ils jouent en particulier un rôle important dans le maintien des stocks halieutiques car ils fournissent des zones de nurseries et de refuges à de nombreuses espèces marines. On comprend ainsi que tout impact à une lagune peut avoir de grandes répercussions sur les chaînes alimentaires et la pêche non seulement au niveau de la lagune, mais aussi de la mer à laquelle cette lagune est reliée. L’étang de Berre dont il est ici question, de par ses dimensions, sa diversité d’habitats et sa situation au nord du golfe du Lion est un lieu important pour les juvéniles qui iront ensuite, pour certains, peupler le reste des petits fonds côtiers méditerranéens. Les chercheurs ont marqué certains poissons qui intéressent les pêcheurs pour mieux connaître leurs déplacements.

• Les daurades, herbivores, quittent leur lagune en automne quand la température de l’eau baisse. Elles vont dans la rade de Marseille se reproduire avec des poissons provenant d’autres lagunes. Mais au printemps, quand l’eau des lagunes se réchauffe, les daurades retournent dans leur lagune d’origine.
• Les loups, poissons carnivores, partent en automne se reproduire dans les calanques de la Côte bleue ou de Marseille. De mars à octobre, ils sont dans l’étang de Berre.

Parmi mes sources pour présenter ce lieu : l’intéressante revue Lagun’R 2021.

Lagune, étang ou mer ?

On parle de l’étang de Berre. D’un point de vue géographique, il s’apparente à une lagune. mais administrativement, c’est une mer intérieure. Nuance importante, ça permet de ne classer Natura 2000 que quelques zones périphériques comme les salines de Berre ou la petite camargue à Saint-Chamas, et non l’étang de Berre dans sa globalité.

Un site très pollué

L’étang de Berre est très pollué…

• par des déchets plastiques. En 2022, des bénévoles ont récolté, sur une surface de 286 hectares, 5,2 tonnes de déchets, notamment 4.332 bouteilles en plastique et 7.033 bouchons en plastique – 1,3 tonne de plastique recyclable (source)
• par l’activité pétrochimique du secteur de Fos-sur-mer, l’étang de Berre est un site très industriel.
• mais aussi… par l’eau douce ! En effet, depuis la mise en service en 1966 du canal usinier, l’apport en eau douce est trop important et modifie l’écosystème de cette lagune. On peut aussi évoquer l’apport en limons pouvant combler certaines zones de l’étang de Berre et/ou contribuer à son eutrophisation.

Problèmes apparus

Depuis la construction du barrage de Serre-Ponçon et du canal usinier, plusieurs problèmes sont apparus.

• Il y a moins d’eau dans la Durance. Ainsi, on peut lire sur wikipedia qu’il ne reste dans le lit naturel qu’un débit de 2 à 5 m³/s, soit 1/40^e du débit naturel. Évident qu’il y a un impact sur la faune et la flore du cours d’eau ! Avec de plus un climat plus chaud et plus sec, les experts prévoient une diminution de 50% de l’étiage de la Durance d’ici 2050. On peut craindre la transformation de la Durance en oued dans une Provence désertifiée, menacée de pénurie d’eau. Quant à la production hydroélectrique, s’il y a moins d’eau, elle aussi sera réduite…
• Les sédiments ne vont plus dans le Rhône et, de là, en Méditerranée (cette absence d’apport contribue à l’érosion du littoral). Ils ne vont plus non plus se déposer et enrichir les terres lors des crues de la rivière. Mais une partie est arrêtée au niveau du barrage de Serre-Ponçon, et une partie arrive dans l’étang de Berre où débouche le canal usinier.
• Mais surtout, l’eau douce arrive en grande quantité dans un étang salé. D’après vous, que se passe-t-il pour les poissons d’eau salée si on leur apporte de l’eau douce ? Imaginez que vous ayez un aquarium d’eau de mer, y mettriez-vous de l’eau de rivière ou inversement si vous mettez des poissons rouges ou des guppys dans de l’eau salée) ? C’est pourtant ce que les ingénieurs ont conçu…

La France condamnée

• Arrêt du 7 octobre 2004 de la cour de Justice européenne : condamnation de la France. Elle ne respecte pas les engagements pris pour la protection de la Méditerranée (Protocole d’Athènes, 1980, Convention de Barcelone, 1976) en autorisant les rejets d’eau douce de la centrale EDF dans l’étang de Berre. Ces rejets représentent une pollution massive pour l’étang de Berre. L’État français est sommé de prendre des mesures correctives.
• 19 décembre 2005 : la France est mise en demeure par la Commission européenne de faire cesser la pollution de l’étang de Berre.
• Février 2006 : menacée d’astreinte financière, la France propose une régulation des apports en eau douce et en limon.

Des épisodes d’anoxie

Depuis, les apports en eau douce et en limon semblent mieux maîtrisés, comme cherche à le prouver cette page. Mais l’étang présente toujours des problèmes d’eutrophisation et d’anoxie importants. Anoxie ? il n’y a plus de dioxygène dissous dans l’eau. Impossible pour les poissons, moules etc d’y respirer. Certes le crabe bleu… Je vous invite à découvrir cet envahisseur dans l’article Les cancers… des crabes

• Juin 2018. des scientifiques recensent 56.000 « poissons » dont 32.000 au stade juvénile. Classique des milieux lagunaires, ils ont trouvé beaucoup d’athérines (23.670), muges et gobies (du genre Pomatoschistus). Ils ont aussi noté la présence d’une centaine de daurades et de loups au stade juvénile. Si on peut observer muges, gobies et dorades un peu partout, anguilles et loups préfèrent des fonds meubles et la saupe des substrats durs.
• été 2018. important épisode anoxique, de nombreux poissons sédentaires meurent.
• juin 2019. Gobies et athérines vivent tout leur cycle de vie dans l’étang. Les scientifiques constatent une quasi-disparition des juvéniles de gobies et une très forte baisse des athérines. La reproduction des loups et daurades a beaucoup moins baissé. En effet, ces espèces migrent. Elles ont ainsi pu survivre en mer quand il n’y avait plus de dioxygène dans la lagune et revenir ensuite.

Sur ce sujet, je vous conseille cet article sur la situation dramatique en 2018. Et, surtout, la revue Lagun’R 2021.

Certes, j’ai choisi un cas extrême. Les ingénieurs ont conçu un très important ouvrage détournant l’eau de la Durance vers une lagune d’eau salée. Mais si l’installation est plus petite et ne verse pas d’eau douce dans un lac salée, l’énergie hydroélectrique est « écolo », non ?

La centrale hydroélectrique de Sallanches

Une centrale hydroélectrique doit être inaugurée début 2023 en Haute-Savoie. Son objectif, alimenter en électricité 1200 foyers, soit 20% de la population de la commune. On n’est plus dans une conception des années 1960 mais dans un ouvrage du vingt-et-unième siècle. On a eu le temps d’apprendre de nos erreurs pour concilier environnement et production d’électricité en réalisant ce micro-barrage…

Non ! 6 décembre 2022. La justice ordonne sa démolition ! (article).

Suite de l’histoire quand le tribunal aura rendu son nouveau verdict, la mairie ayant fait appel contre la démolition de la centrale.

En cause ? Toute centrale doit assurer le maintien dans le cours d’eau d’un débit minimum (« débit réservé ») permettant de garantir la survie de la biodiversité dans le tronçon court-circuité par l’installation. Ce débit réservé doit représenter au moins le dixième du débit moyen du cours d’eau. Or, à Sallanches, la centrale réduirait de 50% le débit de l’eau. Elle est de plus installée juste en amont d’une zone classée réservoir biologique qu’elle risquerait de perturber.

Au final, un accord a été trouvé. Depuis le mois d’août 2024, on a commencé des travaux d’envergure pour réhabiliter les seuils. Les poissons pourront ainsi remonter la rivière et les humains avoir de l’électricité.

Certes, il faut préserver les cours d’eau, mais au moins, l’hydroélectricité ne produit pas de gaz à effet de serre ni de polluants comme les centrales à charbon, n’est-ce pas ?

Les impacts de l’hydroélectricité sur le climat

Un article publié en 2019 relate les recherches des impacts des centrales hydroélectriques sur le climat et montre qu’il est illusoire de croire qu’en matière de climat, les centrales hydroélectriques seraient plus vertueuses que les centrales à charbon !

Pour limiter le dérèglement du climat, tout le monde s’accorde pour affirmer la nécessité de remplacer les combustibles fossiles par des technologies énergétiques propres. Actuellement, l’hydroélectricité domine la production d’électricité renouvelable, elle en représente les deux tiers à l’échelle mondiale. Jusqu’à présent, les analyses des impacts climatiques des centrales hydroélectriques ont été simplistes. L’article analyse l’impact climatique de 1.473 barrages dans 104 pays, à la fois sur le court et le très long terme (200 ans). Dans l’ensemble, les émissions moyennes mondiales des turbines hydroélectriques sont plus importantes que celles du nucléaire, du solaire et de l’éolien, mais plus faibles que celles des énergies fossiles comme le charbon et le gaz naturel.

Impacts lors de la création d’un barrage

La construction d’un barrage exige d’importantes quantités de béton. C’est une première source de gaz à effet de serre.

• L’effet de serre

De plus, lors de la mise en eau d’un barrage, la végétation qui était présente est submergée par l’eau. Elle se décompose. Lorsque le taux de dioxygène est bas, cette décomposition produit du méthane. Ce gaz à effet de serre reste moins longtemps dans l’atmosphère que le dioxyde de carbone. Mais son pouvoir réchauffant est beaucoup plus élevé. Dioxyde de carbone et protoxyde d’azote, deux autres gaz à effet de serre, peuvent également être émis.

Ainsi, à court terme, une centrale hydroélectrique émet respectivement 8 à 30 fois plus de gaz à effet de serre que le solaire et l’éolien par unité d’énergie produite, et 35 à 40% des émissions d’une centrale à charbon.

Impact à long terme

Tous les barrages ne sont pas égaux. Si l’émission diminue de façon importante dans beaucoup de barrages, 15 à 17% des barrages continuent à émettre plus de gaz à effet de serre qu’une centrale à charbon après 20 ans. Et ces émissions sont encore supérieures après 200 ans pour 7 à 12% des barrages.

Barrage de Wohlen en Suisse

1920. On construit une centrale hydroélectrique près de Berne. Il est à l’origine du lac de retenue de Wohlen. Lors de la mise en eau du barrage sur l’Aar, plusieurs fermes ont été englouties.

Presque un siècle plus tard… Dans un article paru en 2010 dans le Monde, on peut lire qu’ »En moyenne, plus de 150 milligrammes de méthane s’échappent de chaque mètre carré de sa surface vers l’atmosphère. C’est le taux d’émission le plus élevé jamais mesuré dans un lac de latitude moyenne » : l’équivalent du CO₂ généré par 25 millions de kilomètres de circulation automobile ou les émissions annuelles de 2 000 bovins.

Ainsi, l’hydroélectricité est vulnérable face au dérèglement climatique et, contrairement à ce qu’on pourrait penser, elle y contribue… Mais au moins, aucun risque de catastrophe telle que celle de Fukushima ?

Les barrages construits dans des zones où il y a des risques de pénurie d’eau fonctionneront moins bien. Et ceux qui sont dans des zones inondables ?

Les risques en zones inondables

J’ai indiqué en début d’article que 75 % des barrages existants et 83 % des barrages projetés se trouvent dans des bassins fluviaux à risque moyen à très élevé d’inondation. Est-ce intéressant pour les faire produire davantage d’électricité ?

Le barrage de Malpasset

L’incident le plus célèbre en France est survenu le 2 décembre 1959. Cinq ans après sa construction, le barrage de Malpasset avait alors cédé après des pluies diluviennes, libérant 50 millions m³ d’eau. Une vague de dix mètres de haut avait généré d’importants dégâts, 7.000 sinistrés. À Fréjus, cette catastrophe avait coûté la vie à 423 personnes. Tout était resté en l’état jusqu’en 2010. Fin 2022, des travaux de consolidation des ruines ont eu lieu. (article)

Mais c’était il y a longtemps, depuis on sait construire mieux, plus solide ?

Inondation meurtrière en Chine

En août 1975. le typhon Nina a provoqué l’effondrement du barrage de Banqiao et de 61 autres barrages dans la région chinoise du Henan. Le barrage de Banqiao avait été conçu pour un événement pluviométrique de 300 mm/jour. Mais plus d’un an d’eau est tombé en 24 heures : record de 1060 mm en une journée. Quand le barrage a rompu, une vague de 10 km de large, 3 à 7 mètres de hauteur, s’est précipité en aval à 50 km/h inondant la zone inférieure.

• estimation du nombre de victimes : 26.000 personnes mortes dans les inondations, 145.000 personnes mortes de la famine qui a eu lieu ensuite
• estimation des dégâts : 5.960.000 bâtiments effondrés,
• conséquences pour les survivants : « Déplacement, Perte des moyens de subsistance, Impacts spécifiques sur les femmes, Violations des droits de l’homme, Spoliation des terres, Perte du paysage/sentiment d’appartenance au lieu »
• (source)

Catastrophe au Laos

Décembre 2021. Dans une région reculée du sud du Laos, un barrage n’a pas résisté aux pluies abondantes qui ont fragilisé sa structure. Malgré la faille repérée plusieurs jours avant la catastrophe, personne n’a ordonné d’évacuation préventive. Des milliards de tonnes d’eau se sont déversées, dévastant des villages jusqu’au Cambodge voisin. (TV5 monde)

Le barrage de Vouglans

Parmi les articles parus sur France info en 2018 : « Jura : le barrage de Vouglans « peut péter instantanément » et inonder l’Ain et le Rhône ». Une crue historique de l’Ain et du Rhône pourrait être à l’origine d’une rupture brutale du barrage vieux d’une cinquantaine d’années. Les 600 millions de mètres cubes d’eau seraient ainsi libérés. Une vague de 12 mètres de haut submergerait plus de 50 villages et même Lyon aurait les pieds dans l’eau. Mais le pire pourrait survenir à 90 km de Vouglans, où se trouve la centrale nucléaire du Bugey (Ain). La vague potentielle menace trois autres centrales nucléaires plus au sud, en bordure du Rhône.

Le risque est d’autant plus pris au sérieux qu’il existe dans ce secteur un aléa sismique. Le barrage est donc particulièrement surveillé, les normes sont au plus haut niveau, la centrale nucléaire du Bugey cernée de hauts murs.

Je peux paraître « anti-barrage ». Heureusement, on a rénové certains barrages pour concilier environnement/biodiversité et production d’électricité. En particulier celui du Poutès en Haute-Loire. J’en parle dans l’article Notre éclairage… une source de pollution !

Le nouveau Poutès

Un Hors-Série de L’éveil de la Haute-Loire, intitulé Le nouveau Poutès, retrace l’histoire de cette conciliation entre l’Homme et la rivière Allier.

La construction du barrage du Poutès en 1941 avait condamné toutes les frayères de saumon situées en amont. Or c’était les meilleurs sites de reproduction pour ce poisson migrateur. Ce barrage a ainsi contribué à la raréfaction du saumon dans l’Allier. Donc pour les loutres par exemple, autant de nourriture en moins dans les magnifiques gorges de l’Allier.

Les travaux du nouveau Poutès ont représenté un chantier colossal. On a remplacé un mur infranchissable en permanence par une structure flexible en fonction des besoins. En effet, le nouveau Poutès est doté de vannes relevables. L’Allier peut alors couler librement comme si l’ouvrage n’existait pas au moment des migrations des saumons. Ce dispositif est inédit en France comme en Europe. L’inauguration a eu lieu en 2022.